[发明专利]一种汽轮机单圆弧压力面叶型设计方法

说明书

本发明公开了一种汽轮机单圆弧压力面叶型设计方法，该方法由以下多个模块组成：包括已有单圆弧压力面叶型和常规叶型的几何特征参数数据库；十二参数单圆弧压力面叶型构造模块；全新单圆弧叶型造型模块；已有叶型单圆弧参数化模块；平面叶栅CFD计算模块。以上模块相互迭代，直至叶型性能参数达到设计要求。本发明的汽轮机单圆弧压力面叶型设计方法设计的叶型，其加工成本仅为常规的离散点叶型加工成本的1/4～1/3，新叶型开发速度比传统方法提高30％以上。

技术领域

本发明属于叶轮机械领域，涉及一种汽轮机单圆弧压力面叶型设计方法。

背景技术

汽轮机是功能转换的重要设备，广泛应用于电力、石油、化工、冶金、能源、核电、舰船等各个领域。汽轮机结构复杂、设计制造难度高，属于高端装备制造业。

为不断提高汽轮机热功转换的效率，针对通流叶片型线的优化与设计工作一直在开展。各公司叶型设计方法不断升级，效率得以逐步提高；随着计算机技术和计算流体动力学的发展，汽轮机通流叶片的全三维流场优化设计己经成为可能。目前使用的汽轮机叶片型线为早年开发的常规型线，其气动性能、加工工艺性和设计方法还有较大提升空间。而传统的叶片优化与设计方法非常依赖设计人员的个人经验，通过大量正向设计方案择优获得，设计效率较低，设计结果也有较强随机性和不可复制性，往往不是最优结果。

叶片作为汽轮机的核心部件，不仅数量多，形状复杂，而且加工要求高，其加工工作量非常大，约占汽轮机总加工量的1/4～1/3。叶片的加工工艺性很大程度上决定了汽轮机成本的高低。目前多数厂家新开发的汽轮机叶片叶型均为离散点，需要采用多轴数控加工方法加工，增加了叶片的加工成本。

为降低叶片的加工成本，同时提高新型叶片设计开发的效率，亟需发明一种叶片型线的设计方法，用以快速高效地完成具有优良加工工艺性叶片型线的开发。

发明内容

针对现在汽轮机叶片型线加工工艺性和效率可以进一步提高的现状，本发明的目的是提供一种汽轮机单圆弧压力面叶型设计方法，该种方法开发的叶片具有优良的加工工艺性，叶片加工成本低，且叶型设计开发效率高。

为了达到上述目的，发明了一种汽轮机单圆弧压力面叶型设计方法，该方法由以下多个模块组成：已有单圆弧压力面叶型、常规叶型几何特征参数数据库；十二参数单圆弧压力面叶型构造模块；全新单圆弧叶型造型模块；已有叶型单圆弧参数化模块；平面叶栅CFD计算模块。以上模块相互迭代，直至叶型性能参数达到设计要求。其步骤为：

步骤1：将叶片造型需求传输至已有单圆弧压力面叶型和常规叶型的几何特征参数数据库，筛选后续叶片造型的几何特征参数边界；

步骤2：几何特征参数边界传输至十二参数单圆弧压力面叶型构造模块，获得参数化叶型造型所需十二项几何特征参数的取值范围；

步骤3：进入全新叶型造型模块构造全新叶片型线，或进入已有叶型参数化处理模块对已有叶型进行参数化拟合；

步骤4：经全新叶型造型模块得到的叶型数据输入到平面叶栅CFD计算模块对叶型的气动性能进行评判；经已有叶型参数化处理模块得到的数据输入到平面叶栅CFD计算模块对叶型的气动性能进行评判；

步骤5：评判后的数据未达到设计目的时，重复步骤3，直至满足需求完成设计。

进一步的方案为，所述十二参数单圆弧压力面叶型构造模块的十二项几何特征参数包括进口几何角(α)、出口几何角(β)、前缘楔角(γ)、前缘椭圆长轴(a/L)、前缘椭圆短轴(b/L)、单圆弧半径(R/L)、尾缘圆弧直径(d/L)、最大厚度直径(Dmax/L)、最大厚度轴向位置(c/L)及吸力面样条曲线坐标点y₀₁/L、y₀₂/L，其中L为叶片真实弦长。

更进一步的方案为，所述已有叶型参数化处理模块对已有叶型参数化拟合的具体步骤如下：